Виды и принцип работы альтиметра

Введение.............................................................................................................3

  1 Применение датчиков давления в системах навигации ЛА…………………………4

1.1 Высота полета и ее измерение…………………………………………………………4

1.1.1 Высота полета………………………………………………………………………..4

1.1.2 Способы измерения………………………………………………………………….5

1.1.3 Изменение атмосферного давления с высотой………………………...………….5

1.1.4Радиотехнический метод  измерения высоты полета……………………………..6

1.2 Барометрический метод измерения полета………………………………………….8

1.2.1Высотомеры барометрические  механические типа ВБМ………………………..11

1.2.2Электронный барометрический  высотомер ВБЭ-СВС-М…………………….….14

    1.2.3 Чувствительные элементы барометрических высотомеров.………….………....14

1.2.4 Теория барометрических  высотомеров………………………………….….…....20

1.3 Устройство и принцип  работы датчика давления…………………….…….……..21

1.3.1 Базовый корпус, кристалл………………………………………………..…………21

1.3.2 Чувствительный элемент датчика  X-ducer……………………………...…………22

1.3.3 Принцип работы…………………………………………………………...………...24

1.3.4 Основные  характеристики кремниевых датчиков……………………...…………25

1.3.5 Выбор датчика давления……………………………………………….…..……....26

 

Заключение...........................................................................................................28

Литература............................................................................................................29

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

В авиационной промышленности огромную роль играет приборостроение. Развитие самолетостроения оказалась  бы невозможным без непрестанного усовершенствовании приборов.

Технология приборостроения  в своем развитии прошла путь от систематизации заводских материалов до создания теоретических основ, которые  послужили базой для формирования специальных технологических курсов.

Технология - наука о процессах  производства различных изделий. Технология (от греческого техно - искусство, умение, мастерство и логос - слово, учение) представляет собой совокупность методов обработки, изготовления и сборки, зменение состояния, свойств, формы сырья, материала или полуфабриката, применяемых в процессе производства для получения готовой продукции.

Разработка технологических  процессов проводится в соответствии с положением комплекса стандартов Единой системы технологической  подготовки производства (ЕСТПП). ЕСТПП  базируется на трех основных положениях: унификации и отработке изделий  на технологичность; типизации технологических  процессов; автоматизация и механизация  технологических процессов и  инженерно-технических работ.

Качество авиационных  приборов и автоматов в значительной степени зависит от технологического процесса их сборки, регулировки, контроля испытаний. Актуальной задачей по разработке и совершенствованию новых технологических  процессов является их автоматизация  и механизация. Только на этой основе возможно снижение большой трудоемкости сборочных работ, составляющей во многих случаях от 40 до 60 % общей трудоемкости изготовления продукта. Для решения  этой проблемы необходимо прежде всего, чтобы конструкции сборочных единиц и изделия в целом отвечали требованиям технологичности.

Технологичность конструкции  изделия в сборке — совокупность его свойств, определяющих приспособленность  к технологической подготовке сборочного производства и сборке и характеризуемых отношениями затрат труда, средств, материалов и времени на их выполнение к значениям соответствующих показателей изделий аналогов, определяемых в принятых условиях производства. Технологичность конструкции оценивают техническими и технико-экономическими показателями регламентированными ГОСТами 18831-73, 14.201-73, 14.204-73. К основным показателям технологичности относятся трудоемкость изготовления изделия и его технологическая себестоимость.

В свете современных проблем, стоящих перед авиаприборостроением, особое значение приобретают повышение  качества приборов, их долговечность, повышение экономичности производства приборов в связи со значительным увеличением их номенклатуры и масштабов  производства. Технология авиаприборостроения  тесно связана с потребностями  народного хозяйства, с практической деятельностью инженерно-технических  работников приборостроительной промышленности.

1. Применение датчиков давления в системах навигации ЛА

1.1 Высота полета и ее измерение

Любой навигационной системе, установленной на ЛА, необходимо определять свое положение относительно поверхности  Земли. Применение электронного высотомера на основании датчика давления является эффективным решением данной проблемы в большом диапазоне высот.

1.1.1 Высота полета

Высотой полета принято называть расстояние до ЛА, отсчитанное по вертикали  от некоторого уровня, принятого за начало отсчета. В воздухоплавании  принята классификация высот  полета по уровню начала отсчета (смотри рис. 1.1):

Рис. 1.1. Классификация высот полета по уровню начала отсчета

Истинная высота Н_ист отсчитывается от точки земной поверхности, находящейся под самолетом;

относительная Н_отн - от условного уровня (уровня аэродрома, цели и др.);

абсолютная Н_абс - от уровня моря; 

высота эшелона Н_эш - от условного уровня, который соответствует стандартному атмосферному давлению 760 мм рт. ст. [9].

1.1.2 Способы измерения

Высота полета измеряется барометрическим, радиотехническим, инерциальным и электростатическим методами. Основными  методами являются барометрический и радиотехнический.

С помощью радиовысотомера  можно определить истинную высоту полета. Высота находится по времени  прохождения радиоволнами расстояния, равного удвоенной истинной высоте полета, т.е.

,

(1.1)

где - скорость распространения радиоволн, τ – время прохождения растояния

Радиовысотомеры обеспечивают высокую точность измерений. Их показания  практически не зависят от метеоусловий и скорости полета, однако на практике они используются только как контрольные  приборы, например в системе сигнализации опасного сближения с землей, и  при посадке в сложных метеорологических  условиях. Это объясняется тем, что  при выдерживании определенной высоты полета по радиовысотомеру траектория полета летательного аппарата повторяет  профиль рельефа местности, что  неудобно для экипажа и пассажиров и становится одной из причин болтанки.

Поэтому основным прибором для определения высоты полета является барометрический высотомер [10].

1.1.3 Изменение атмосферного давления с высотой

Барометрический метод измерения  высоты основан на использовании  закономерного изменения атмосферного давления с высотой (смотри рис. 1.2) [11]. Зависимость давления воздуха от высоты до 11000 м выражается формулой:

(1.2)

Решая это уравнение относительно высоты, получим:

(1.3)

где

- газовая постоянная (29.27 м/град).

Из формулы видно, что  измеряемая высота является функцией четырех параметров: давления на высоте полета , давления и температуры на уровне начала отсчета высоты и и температурного градиента [9].

Если принять параметры  , и постоянными, то высоту можно определить как функцию атмосферного давления и проблема вычисления высоты сводится к проблеме измерения атмосферного давления. Давление на высоте полета можно измерить непосредственно на самолете с помощью барометра (анероида).

Рис. 1.2. Изменение атмосферного давления с высотой

1.1.4Радиотехнический  метод измерения высоты полета

 

Радиотехнический метод  измерения высоты полета основан  на измерении времени прохождения  радиоволн от самолета до земной поверхности  и обратно (после их отражения). Устройства, построенные по этому принципу, измеряют истинную высоту полета и называются радиовысотомерами. У них имеются  две антенны:

-антенна А1 радиопередатчика, установленная на самолете, непрерывно излучает электромагнитные волны, которые, отражаясь от земной поверхности, возвращаются к самолету рис. 2.

-антенна А2 радиоприемника, также находящегося на самолете, принимает как излучаемые антенной радиопередатчика, так и отраженные от Земли радиоволны.

 

Рис.2

Конструктивно прибор состоит  из СВЧ радиопередатчика, направленная антенна которого расположена «на брюхе» воздушного судна, приёмника отражённого сигнала, устройств обработки сигналов, а также индикатора на приборной доске экипажа, на который передаются данные о текущей высоте. Радиовысотомеры делятся на РВ малых высот (например, отечественные РВ-3, РВ-5), которые предназначены для определения высот до 1500 метров и, как правило, работают в режиме непрерывной радиолокации, и высотомеры больших высот (более 1500 м, наподобие РВ-18, измеряющего высоты до 30 км), обычно работающие в импульсном режиме. Практически у всех РВ имеется сигнализатор малой высоты, подающий световой и звуковой сигнал при понижении высоты ниже заданной, установленной лётчиком.

К недостаткам прибора  можно отнести выраженную направленность измерений (направление луча передатчика, направленного перпендикулярно  вниз). По этой причине применение радиовысотомеров эффективно только в равнинной местности  и практически бесполезно в горных и сильно пересечённых районах. В  крене РВ показывает завышенную высоту, так как высота — вертикальный катет треугольника, а луч радиовысотомера в крене направлен по гипотенузе, поэтому при значительных кренах (более 15-20 градусов) может включаться предупреждающая световая сигнализация. Тангаж обычно не учитывается, так как у транспортных летательных аппаратов он редко превышает упомянутые 15-20°. Кроме того, вызывает вопросы экологичность радиоизмерений, так как для обеспечения требуемой точности необходимо применять коротковолновые мощные передатчики, несущие явную опасность для биосферы.

Бортовой

Принцип действия радиовысотомера  основан на определении времени  прохождения радиосигнала от передающей антенны до отражающей поверхности  и обратно, к приемной антенне (основной принцип радиолокации). Высота и  время задержки сигнала связаны  формулой:

,

где h — высота; t — время задержки; c — скорость распространения радиоволн (равна скорости света).

Метод определения задержки сигнала зависит  от его типа:

• при использовании импульсных сигналов, обычными методами импульсной техники (с помощью аналоговых цепей либо цифровых счетчиков) измеряется интервал времени между импульсами передатчика и приёмника;
• при частотной модуляции радиосигнала пилообразными или треугольными импульсами, результирующий сигнал представляет собой высокочастотные колебания, с мгновенной частотой, кусочно-линейно изменяемой по времени, то есть задержанный сигнал по мгновенной частоте немного отличается от исходного. При смешивании излучаемого и принимаемого сигналов образуется биения с частотой, равной разности мгновенных частот, так как закон изменения мгновенной частоты по времени линеен, разностная частота пропорциональна задержке. Частота биений измеряется частотомером (аналоговым в старых моделях или цифровым — в новых), после чего измерительная информация выводится на показывающее устройство в виде значения расстояния до земли.

Наземный

РЛС определяет расстояние до самолёта, скорость и направление  его движения. Устройство управления высотомером вычисляет угловую  скорость самолёта относительно станции  и начинает вращать антенну высотомера с соответствующей скоростью. Одновременно антенна ходит вверх-вниз, сканируя пространство узконаправленным лучом. Таким образом вычисляется угол места самолёта. Простейшими преобразованиями можно определить высоту над землёй.

Трёхкоординатные РЛС с той же целью используют большое количество лучей, излучаемых несколькими передающими антеннами. Такой метод нахождения высоты менее точный, но после первичной обработки вместе с координатами самолёта выдаётся и его высота.

 

 

1.2 Барометрический метод измерения полета

Барометрический метод измерения  высоты полета основан на зависимости  давления воздуха от высоты. Эту  зависимость можно получить расчетным  путем в предложении, что воздух является идеальным газом со стандартными для среднего уровня моря параметрами.

Выделим в атмосфере вертикальный столб воздуха постоянного сечения  F .